JP2010278971A - 弾性波装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】はんだバンプを用いて実装する際に中空空間の内部へのフラックスの流入を抑制し、中空空間の液密性が高い弾性波装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る弾性波装置は、基板11と、基板11の一方の主面11aに形成されている振動部14と、振動部14の電極12と電気的に接続されているパッド13と、振動部14の周囲を囲むように設けられる支持層20と、振動部14を覆うように設けられ、振動部14の周囲に中空空間19を形成しており、合成ゴムと樹脂とを少なくとも含み、前記合成ゴムの全体に対する重量比が10wt%〜25wt%である、シート状のカバー層22と、フラックス耐性を有する樹脂からなる保護層24と、保護層24、カバー層22及び支持層20を貫通し、パッド13に接続されるビア導体16と、ビア導体16の保護層24側の端部に設けられ、はんだバンプからなる外部電極18と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、弾性波装置、詳しくは、基板上に共振子やフィルタなどの振動部が形成された弾性波装置に関する。
従来、基板上に形成された振動部をカバー層で覆うように構成した弾性波装置が、例えば特許文献1のように提案されている。
図7に、弾性波装置の構成例を示す。図7(A)は断面図、図7(B)は図7(A)の線X−Xに沿って上側を見た断面図、図7(C)は図7(A)の線X−Xに沿って下側を見た断面図である。図7の弾性波装置110は、圧電基板111の一方主面111a上にIDT電極112、パッド113及び配線ライン118を含む導電パターンが形成されている。また、圧電基板111のIDT電極112が形成された部分近傍は振動部を構成している。そして、振動部の周りには中空空間119が形成されるように、枠状の支持層116が樹脂で形成されている。そして、支持層116の上に絶縁性シートのカバー層115が形成されている。カバー層115には外部電極117が設けられ、外部電極117とパッド113との間は、カバー層115及び支持層116を貫通するビア導体114によって電気的に接続されている。
特開2002−261582号公報
このような構成の弾性波装置は、外部電極にはんだバンプを設けて他の回路基板などに実装する際に、はんだバンプにフラックスをつけてはんだ濡れ性を向上させる。しかし、フラックスがカバー層を透過し、中空空間の内部に流入してしまう問題点があった。また、カバー層の材質によっては、はんだバンプ形成時に使用するフラックス洗浄剤が中空空間に浸入したり、プレッシャークッカー試験後に特性が劣化する等、中空空間の液密性が確保できないという問題点があった。
本発明は、かかる事情に鑑み、はんだバンプを用いて実装する際に中空空間の内部へのフラックスの流入を抑制し、中空空間の液密性が高い弾性波装置を提供しようとするものである。
本発明は、以下のように構成した弾性波装置を提供する。
弾性波装置は、基板と、前記基板の一方の主面に形成されている振動部と、前記基板の前記一方の主面に形成され、前記振動部の電極と電気的に接続されているパッドと、前記振動部の周囲を囲むように前記基板の前記一方の主面に設けられ、前記振動部の厚みよりも大きい厚みを有する支持層と、前記振動部を覆うように前記支持層の上に設けられ、前記振動部の周囲に中空空間を形成しており、合成ゴムと樹脂とを少なくとも含み、前記合成ゴムの全体に対する重量比が10wt%〜25wt%である、シート状のカバー層と、前記カバー層の前記支持層とは反対側に設けられ、フラックス耐性を有する樹脂からなる保護層と、前記保護層、前記カバー層及び前記支持層を貫通し、前記パッドに接続されるビア導体と、前記ビア導体の前記保護層側の端部に設けられ、はんだバンプからなる外部電極と、を備えることを特徴としている。
本発明は合成ゴムを含む樹脂からなるシート状のカバー層上に、フラックス耐性を有する樹脂からなる保護層を設けている。フラックスは保護層を透過しないため、フラックスが中空空間の内部に流入しないようにすることができる。また、本発明はカバー層の合成ゴムの重量比を、カバー層全体の10wt%〜25wt%としている。これにより、はんだバンプ形成時に使用するフラックス洗浄剤の中空空間の内部への浸入を防ぐことができる。
また、本発明では、前記合成ゴムの前記カバー層全体に対する重量比が10wt%〜15wt%であることを特徴としている。
この場合、プレッシャークッカー試験後の、有機物の中空空間の内部への流入を防ぐことができる。
また、本発明では、前記基板は圧電基板であり、前記振動部はIDT電極を含むことを特徴としている。
この場合、弾性波装置は表面波装置である。
また、本発明では、前記基板は絶縁基板であり、前記振動部は両面に電極が形成された圧電薄膜を含むことを特徴としている。
この場合、弾性波装置は、バルク音響波共振子(Bulk Acoustic Wave Resonator;BAW共振子)などのバルク音響波装置である。
また、本発明では、前記保護層は前記支持層と同じ材料からなることを特徴としている。
この場合、保護層と支持層とが同じ材料からなるため、材料の種類を減らすことができ、製造工程を簡略化することができる。
また、本発明では、前記保護層はポリイミド系樹脂からなることを特徴としている。
この場合、はんだバンプと保護層との輝度プロファイルの差が大きくなり、はんだバンプを認識することが容易になる。したがって、弾性波装置の外形を認識する場合よりも、高精度に弾性波装置を実装することができる。
また、本発明では、前記カバー層は非感光性エポキシ樹脂からなることを特徴としている。
この場合、低温硬化プロセスが可能となる。
また、本発明では、前記基板と前記支持層との間の少なくとも一部に介在する窒化膜又は酸化膜をさらに備えたことを特徴としている。
この場合、窒化膜又は酸化膜は圧電基板よりも表面が荒れているため、アンカー効果により密着性が向上する。これにより、中空空間形成後のプロセス過程において、めっき液が中空空間に浸入して特性不良を発生させるような不具合を防止することができる。
本発明に係る弾性波装置では、カバー層上に、フラックス耐性を有する樹脂からなる保護層を設けている。フラックスは保護層を透過しないため、フラックスが中空空間の内部に流入しないようにすることができる。
また、カバー層の合成ゴムの重量比をカバー層全体の10wt%〜25wt%にすることにより、フラックス洗浄剤の中空空間の内部への浸入を防ぐことができる。
表面波装置の断面図である。(実施形態1) 表面波装置が実装された電子部品の断面図である。(実施形態1) 表面波装置の断面図である。(実施形態2) バルク音響波装置が実装された電子部品の断面図である。(実施形態3) バルク音響波装置の要部断面図である。(実施形態3) 表面波装置の波形の例である。(実験例) 弾性波装置の断面図である。(従来例)
以下において、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
(実施形態1)
実施形態1の表面波装置10と電子部品30について、図1、2を参照しながら説明する。
図1は表面波装置10の断面図である。圧電基板11上に素子部、例えばSAW(Surface Acoustic Wave;弾性表面波)フィルタが形成されている。すなわち、圧電基板11の一方の主面である上面11aには、振動部14の櫛歯状電極であるIDT(Inter Digital Transducer)電極12と、パッド13と、IDT電極12とパッド13とを接続する配線(図示せず)とを含む導電パターンが形成されている。IDT電極12が形成された振動部14の周囲には、枠状に支持層20が形成されている。支持層20の厚みは、振動部14のIDT電極12等の導電パターンの厚みよりも大きい。支持層20は、パッド13上にも形成されている。
支持層20の上にはカバー層22が配置され、圧電基板11上に形成された振動部14の周囲は、絶縁部材である支持層20とカバー層22とで覆われ、中空空間19が形成されている。圧電基板11の上面11aのうち中空空間19の中にある部分で、弾性表面波が自由に伝搬する。カバー層22の上には保護層24が形成されている。
中空空間19はカバー層22と保護層24により封止されている。カバー層22や保護層24による封止は必ずしも気密性である必要はなく、液密性が確保されていればよい。中空空間の大きさは、一般的なSAWフィルタの用いられる周波数帯を考慮して、250μm×1000〜500μm×1400μm程度のサイズが必要である。
カバー層22は、合成ゴムと樹脂とフィラーを含んでいる。樹脂の材質は例えば非感光性エポキシ系樹脂のシート材が挙げられる。非感光性エポキシ系樹脂を使用した場合には、樹脂の低温硬化プロセスが可能である。カバー層22は、合成ゴムの添加により、シート状にしても粘りがあり、亀裂が入りにくくなる。シートとしての強度を維持するため、合成ゴムは10wt%以上添加されていることが望ましい。また、合成ゴムが48wt%以上の場合には、はんだバンプ形成時に使用するフラックス洗浄剤が中空空間に浸入し、液密性が損なわれる。また、合成ゴムが27.5wt%以上の場合には、プレッシャークッカー試験後のフィルタ特性が劣化する。したがって、合成ゴムのカバー層全体に対する重量比が10wt%〜25wt%であることが好ましい。
また、プレッシャークッカー試験後の有機物の流入を防ぐために、合成ゴムのカバー層全体に対する重量比は10wt%〜15wt%であることがさらに好ましい。
保護層24はフラックス耐性を有する樹脂からなる。はんだバンプを形成する際に、フラックスはフラックス耐性を有する樹脂からなる保護層24を透過しない。したがって、フラックスの中空空間への流入を防ぐことができる。
保護層24は、支持層20にカバー層22を重ねた後に形成することができる。また、カバー層22になるシート材と保護層24になるシート材とを予め積層したシート状の複合材を支持層20上に設けることにより、カバー層22と保護層24とを同時に形成しても良い。
保護層24と支持層20との材料は異なっても構わないが、同じ材料を用いることができる。かかる場合には、材料の種類が増えないため、製造工程を簡略化することができ、好ましい。
保護層24、カバー層22及び支持層20には、圧電基板11の上面11aに形成されたパッド13に達するビアホール(貫通孔)15が形成されている。ビアホール15には、ビア導体16としてアンダーバンプメタルが充填されている。そして、アンダーバンプメタル上には、外部に露出するはんだバンプからなる外部電極18が形成されている。
表面波装置10を実装する工程においては、表面波装置10の外形を認識して実装するよりも外部電極18を認識して実装する方が、実装時の位置精度を向上させることができる。表面波装置10の外形を認識する場合、実装時の位置精度はダイシング精度に依存するためである。
外部電極18を認識して実装する場合には、保護層24がポリイミド系樹脂からなることが好ましい。外部電極18と保護層24との輝度プロファイルの差が大きくなり、外部電極18を認識することが容易になるためである。
図2は図1の表面波装置10が実装された電子部品30の断面図である。
電子部品30は、共通基板40の一方主面である40a側に2つの表面波装置10が実装されている。すなわち、共通基板40の上面40aに形成されたランド42と表面波装置10との間は、外部電極18を介して電気的に接続されている。表面波装置10のまわりには樹脂32が配置され、表面波装置10は樹脂32で覆われている。樹脂32によって中空空間19の気密が確保される。
共通基板40の他方主面である下面40b側には、電子部品30を他の回路基板等に実装するための外部接続電極44が露出している。共通基板40の内部には、ランド42と外部接続電極44との間を電気的に接続する基板ビア導体46や内部配線パターン48が形成されている。
例えば、共通基板40はプリント基板である。樹脂32はラミネートや樹脂モールド工法により、2〜5Paの加圧状態で埋め込むことにより形成される。
例えば電子部品30はデュプレクサであり、表面波装置10として送信用と受信用の弾性表面波フィルタ素子を共通基板40上に並べて搭載する。
(実施形態2)
実施形態2の表面波装置10aについて、図3を参照しながら説明する。
実施形態2の表面波装置10aは、実施例1の表面波装置10と同じ構成に、以下の構成を追加している。
すなわち、図3の断面図に示すように、圧電基板11と支持層20との間に、中間層26が形成されている。中間層26は、IDT電極12を含む振動部14a及びパッド13以外の領域に形成され、振動部14aの周囲を囲むように、圧電基板11と支持層20との間に介在する。中間層の材質はSiO2膜やSiN膜が挙げられる。SiO2膜やSiN膜の中間層26は、圧電基板11よりも表面が荒れているため、アンカー効果により密着強度が向上する。これらの膜は、スパッタ法やCVD(chemical vapor deposition)法で成膜することができる。
圧電基板11と支持層20との間に中間層26を設けることで、中空空間19について液密性をより確保することができる。これにより、中空空間形成後の工程において、例えばビアホールにめっきで電極を充填する工程において、めっき液が中空空間19に浸入して特性不良を発生させるような不具合を防止することができる。
パッド13の周囲において支持層20の一部は圧電基板11上に形成されていてもよい。この場合、支持層20の他の部分と圧電基板11との間には中間層26が介在し、パッド13よりもIDT電極12側において、圧電基板11と支持層20との間に介在する中間層26が振動部14aの周囲を囲むように形成されている。
(実施形態3)
実施形態3の電子部品30xについて、図4及び図5を参照しながら説明する。以下では、実施形態1との相違点を中心に説明し、同じ構成部分には同じ符号を用いる。
図4は電子部品30xの断面図である。電子部品30xは実施形態1とは異なり、表面波装置10とバルク音響波装置10xとが実装されている。すなわち、共通基板40の上面40aに形成されたランド42と表面波装置10及びバルク音響波装置10xとの間は、外部電極18を介して電気的に接続されている。表面波装置10及びバルク音響波装置10xのまわりには樹脂32が配置され、表面波装置10及びバルク音響波装置10xは樹脂32で覆われている。共通基板40の他方主面である下面40b側には、電子部品30xを他の回路基板等に実装するための外部接続電極44が露出している。共通基板40の内部には、ランド42と外部接続電極44との間を電気的に接続する基板ビア導体46や内部電極パターン48が形成されている。
例えば電子部品30xはデュプレクサであり、表面波装置10は弾性表面波フィルタ素子であり、バルク音響波装置10xはバルク音響波フィルタ素子である。一方は送信用であり、他方は受信用である。
バルク音響波装置10xは、Si等の絶縁基板11xに振動部14xが形成されている以外は、実施例1の表面波装置10と略同様に構成されている。
バルク音響波装置10xは、表面波装置10と同様のパッケージ構造を有している。バルク音響波装置10xは、基板11xの一方主面側に振動部14xが形成され、振動部14xの周囲に枠状に支持層20が形成されている。
支持層20の厚みは、振動部14xの厚みよりも大きい。支持層20は、パッド13上にも形成されている。支持層20の上にはカバー層22が配置され、振動部14xの周囲は、絶縁部材である支持層20とカバー層22とで覆われ、中空空間19が形成される。カバー層22の上には保護層24が形成されている。保護層24、カバー層22及び支持層20には、パッド13に達するビアホール(貫通孔)15が形成されている。ビアホール15には、ビア導体16として、アンダーバンプメタルが充填され、アンダーバンプメタル上には、外部に露出する外部電極18が形成されている。
このようなパッケージ構造は、実施形態3のSMR(Solidly Mounted Resonator)型のバルク音響波装置に限らず、基板に形成された空洞の上に振動部が配置されるタイプや、犠牲層を除去する等により振動部が基板から浮いた状態で支持されるタイプのバルク音響波装置にも適用することができる。
図5にバルク音響波装置の要部断面図を示す。実施形態3のバルク音響波装置は、実施形態1の表面波装置と異なり、上部電極12aと下部電極12bとの間に圧電薄膜12sが挟まれた振動部14xを備える。振動部14xは、音響反射器17を介して、絶縁基板11xから音響的に分離されている。
音響反射器17は、絶縁基板11x上に、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層17sと、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層17tとが交互に積層されている。上部電極12a及び下部電極12bは、パッド13(図5には図示せず)に電気的に接続されている。
なお、パッド13は、絶縁基板11xの主面上に直接形成されても、他の層(例えば低音響インピーダンス層17s)を介して絶縁基板11xの主面上に形成されてもよい。
(実験例)
(実験例1)
実施形態1の表面波装置を以下のように作製し、カバー層の合成ゴム量と樹脂量、フィラー量を変えた場合における、フラックス洗浄剤に対する中空空間の液密性を評価した。
圧電基板の一方の主面上に、IDT電極とパッドと、IDT電極とパッドとの間を接続する配線とを含む導電パターンを形成した後、IDT電極が形成された振動部の周囲に支持層を形成した。支持層には感光性ポリイミド系樹脂を圧電基板の一方の主面全体に塗布した後、振動部の周囲をフォトリソグラフィ技術により開口(除去)した。
次いで、カバー層になるシート材と保護層になるシート材とを予め積層したシート状の複合材をラミネートにより支持層上に設けることにより、カバー層と保護層とを同時に形成した。カバー層には低温硬化プロセスが可能となる非感光性エポキシ系フィルムを用いた。また、保護層にはポリイミド系樹脂を用いた。
次に、レーザー加工により、保護層、カバー層及び支持層を貫通し、底部にパッドが露出するビアホールを形成した。そして、ビアホールに充填されるビア導体として、Cu、Niの電解めっきでアンダーバンプメタルを形成し、アンダーバンプメタルの表面に酸化防止のための厚さ0.05〜0.1μm程度のAuを形成した。そして、アンダーバンプメタルの直上に、メタルマスクを介して、Sn−Ag−Cu等のはんだペーストを印刷し、はんだペーストが溶解する260℃で加熱することで、はんだをアンダーバンプメタルと固着させ、フラックス洗浄剤によりフラックスを除去し、球状のはんだバンプを形成した。その後、ダイシング等でチップを切り出し、1.2mm×1.6mm×0.12mmの表面波装置を作製した。支持層の高さは14μm、カバー層の厚みは12.5μm、保護層の厚みは17.5μmとした。
カバー層の合成ゴム量と樹脂量、フィラー量を変えた場合における、フラックス洗浄剤に対する中空空間の液密性を評価した。フラックス洗浄剤にはグリコールエーテル、水、界面活性剤、添加剤が含まれている。洗浄時間は40分とし、洗浄後の中空空間の内部の水分の有無を確認した。試料数は10である。表1にカバー層の合成ゴム量、樹脂量、フィラー量の配合と、その実験結果を示す。
表1から明らかであるように、合成ゴムが48wt%以上である条件5、6の表面波装置では、洗浄後にフラックス洗浄剤が中空空間に浸入した。一方、合成ゴムが25wt%以下である条件1〜4については、フラックス洗浄剤の浸入は発生しなかった。
(実験例2)
実験例1と同様に作製した表面波装置について、耐湿性を評価するためにプレッシャークッカー試験を行った。温度は121℃、湿度100%、気圧2atm、時間は192時間行った。プレッシャークッカー試験後に中空空間を開封し、目視により中空空間の確認を行った。試料数は10である。表2にカバー層の合成ゴム量、樹脂量、フィラー量の配合と、その実験結果を示す。◎は有機物の流入がみられないレベルである。○は、一部に有機物の流入はみられるが特性劣化はしないレベルである。×は有機物の流入がみられ、特性劣化するレベルである。
表2から明らかであるように、合成ゴム量が27.5wt%以上の場合には、中空空間の中に有機物が流入し、特性が劣化する結果となった。この有機物は、
プレッシャークッカー試験中に、カバー層中の樹脂成分が加水分解したものと推測される。合成ゴム量が20wt%〜25wt%の場合には、中空空間の一部に有機物の流入はみられるものの、表面波装置の特性は劣化しなかった。合成ゴム量が10wt%〜15wt%の場合には、中空空間への有機物の流入はみられなかった。
図6に、表面波装置のフィルタ波形の例を示す。図6(a)は条件12の合成ゴム量が15wt%の場合の波形例であり、図6(b)は条件18の合成ゴム量が48wt%の場合の波形例である。どちらもプレッシャークッカー試験の前後のフィルタ波形を重ね合わせて表示している。ピーク拡大前の波形において、図中の1目盛は10dBに相当する。また、ピーク拡大後の波形において、図中の1目盛は1dBに相当する。
図6(a)では、試験前後のフィルタ波形はほぼ重なっている。一方、図6(b)では、プレッシャークッカー試験の前後でフィルタ波形に差がみられ、特性が変化していることが分かる。
表3は、プレッシャークッカー試験前後における、条件12と条件18の挿入損失の最小値(ピーク値)の変化量である。試料数は20である。
表3より、条件12の挿入損失の最小値の変化量は−0.13dBであるのに対して、条件18の挿入損失の変化量は−0.41dBであった。製造上、プレッシャークッカー試験前後の変化量の許容値は−0.2dB以内であり、有機物が流入している条件18は特性劣化が著しいことが明らかとなった。
10,10a:表面波装置
10x:バルク音響波装置
11:圧電基板
11x:絶縁基板
12:IDT電極
12a:上部電極
12b:下部電極
12s:圧電薄膜
13:パッド
14,14a,14x:振動部
15:ビアホール
16:ビア導体
17:音響反射器
17s:低音響インピーダンス層
17t:高音響インピーダンス層
18:外部電極
19:中空空間
20:支持層
22:カバー層
24:保護層
26:中間層
30,30x:電子部品
32:樹脂
40:共通基板
42:ランド
44:外部接続電極
46:基板ビア導体
48:内部配線パターン
110:弾性波装置
111:圧電基板
112:IDT電極
113:パッド
114:ビア導体
115:カバー層
116:支持層
117:外部電極
118:配線ライン
119:中空空間

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板の一方の主面に形成されている振動部と、
    前記基板の前記一方の主面に形成され、前記振動部の電極と電気的に接続されているパッドと、
    前記振動部の周囲を囲むように前記基板の前記一方の主面に設けられ、前記振動部の厚みよりも大きい厚みを有する支持層と、
    前記振動部を覆うように前記支持層の上に設けられ、前記振動部の周囲に中空空間を形成しており、合成ゴムと樹脂とを少なくとも含み、前記合成ゴムの全体に対する重量比が10wt%〜25wt%である、シート状のカバー層と、
    前記カバー層の前記支持層とは反対側に設けられ、フラックス耐性を有する樹脂からなる保護層と、
    前記保護層、前記カバー層及び前記支持層を貫通し、前記パッドに接続されるビア導体と、
    前記ビア導体の前記保護層側の端部に設けられ、はんだバンプからなる外部電極と、
    を備える弾性波装置。
  2. 前記合成ゴムの前記カバー層全体に対する重量比が10wt%〜15wt%である、請求項1に記載の弾性波装置。
  3. 前記基板は圧電基板であり、前記振動部はIDT電極を含む、請求項1又は2に記載の弾性波装置。
  4. 前記基板は絶縁基板であり、前記振動部は両面に電極が形成された圧電薄膜を含む、請求項1又は2に記載の弾性波装置。
  5. 前記保護層は前記支持層と同じ材料からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  6. 前記保護層はポリイミド系樹脂からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  7. 前記カバー層は非感光性エポキシ樹脂からなる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  8. 前記基板と前記支持層との間の少なくとも一部に介在する窒化膜又は酸化膜をさらに備えた、請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性波装置。
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